CN101624609B - 酶催化制备(s)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于生物酶催化制备手性化合物的方法，尤其是指一种酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法。所述的方法为以3-取代戊二酸类化合物和有机醇为原料，在生物酶的作用下，在有机溶剂中于15-60℃下反应制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物。本发明提供的制备方法反应条件温和，收率＞92％，ee值＞99％，并且后处理简单，原子利用度比较高，符合绿色化学的要求。应用该方法可以大大降低成本，来满足社会对(S)-3-取代戊二酸单烷基酯类化合物的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于生物酶催化制备手性化合物的方法，尤其是指一种酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法。
背景技术
手性单体(S)-3-取代戊二酸单烷基酯类化合物(I)是他汀及其类似物的一种重要的中间体。
他汀类药物的发现，开辟了治疗高血脂症的新纪元。该类药物以安全、有效、耐受性好、作用维持时间长等优点，已成为降脂药中的首选药物。而在防治心血管疾病方面所获得的明显效益，以及降脂作用之外的临床新应用的相继报道，引起了医药界的兴趣和关注。大量动物实验及临床研究证明，他汀类药物具有显著降低血浆胆固醇(CH)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)的作用，合成他汀类药物中间体(S)-3-取代戊二酸单烷基酯类化合物I近年来受到越来越多的关注，国内外也有部分相关此类化合物及其衍生物合成的报道，如：López-García et al(Tetrahedron：Asymmetry 14(2003)603-609.)用PLE(猪肝酶)水解3-取代戊二酸二烷基酯，得到(S)-戊二酸单烷基酯类化合物(I)，ee值高达99％，但是收率小于40％、并且该方法需要将3-位取代的戊二酸二酯类化合物溶于缓冲液中，因其溶解度较小，进而使得后处理比较繁，不适合大规模工业化生产。Chen，Ching Shih et al(Journal ofthe American Chemical Society(1982)，104(25)，7294-9.)利用3-取代环戊酐在酶作用下醇解制备(S)-3-取代戊二酸单烷基酯类化合物，收率约为87％，但是ee值不高，不适合药用要求。Ozegowski，Ruediger et al(Liebigs Annalen der Chemie(1993)，(7)，805-8.)利用醇解3-取代环戊酐制备手性(S)-3-取代戊二酸单烷基酯类化合物，同样因为ee＜86％，不符合药用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种以生物酶做为催化剂、温和、收率高、环境友好、成本低的使用戊二酸及3-取代戊二酸类化合物与有机醇酯化制备手性单体(S)-3-取代戊二酸单烷基酯类化合物的制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，所述的方法为以如式(II)所示的3-取代戊二酸类化合物和有机醇为原料，在生物酶的作用下，在有机溶剂中于15-60℃下反应制备如式(I)所示的(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物，其反应方程式为：
其中，R1为羟基，叔丁基二甲硅醚，C1-C8的脂链，芳环，苯环，
C1-C5的氯代、氟代或者溴代烷基；R2为C1-C8的烷基基团，C1-C5的氟代、氯代或溴代烷基；所述的生物酶为Lipase from Thermomyces lanuginosus，LipaseB from Candida antarctica，Lipase from Candida Rugosa，Lipase PS“Amano”SD，Lipase AS“Amano”，Lipase AK“Amano”，Lipase AYS“Amano”中的任一种。
进一步的，所述的3-取代戊二酸类化合物与有机醇的物质的量之比为1∶1～20；所述的3-取代戊二酸类化合物与生物酶的质量之比为1∶0.005～0.1。
进一步的，所述的有机溶剂为有机醇，环己烷，正己烷，异辛烷，丙烷，***，甲基叔丁基醚和异丙醚中的一种或任意几种的混合；且所述有机溶剂的物质的量为3-取代戊二酸类化合物的物质的量的5～30倍。
进一步的，所述反应过程中使用无水硫酸铜或者除水设备来除去反应中生成的水。
进一步的，所述反应的反应时间为5～72小时。
进一步的，该反应是以TLC小板跟踪监测反应，展开剂是乙酸乙酯与石油醚体积比为1～2∶1的混合试剂；所用的显色试剂为溴甲酚绿的乙醇溶液，通过监测反应中新产生的点的浓度和剩下的点的浓度来判断反应终点。
进一步的，该反应以气相监测反应进度，通过监测液相色谱中(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物峰的形成和戊二酸类物质的消失来判断反应终点。
进一步的，反应的是按照以下步骤进行：
a.按照3-取代戊二酸类化合物：有机醇的投料物质量之比为1∶1～1∶3，所述的3-取代戊二酸类化合物：生物酶质量之比为1∶0.005～1∶0.1，所述有机溶剂的物质的量为3-取代戊二酸类化合物的物质的量的5～10倍，将3-取代戊二酸类化合物，有机醇，固定化生物酶和溶剂依次投入到反应器中；
b.控制温度于15～60℃进行反应，期间用TLC硅胶板或液相色谱进行跟踪监测，直至反应基本不再进行；
c.过滤反应液，将生物酶除去，去除有机溶剂和未反应有机醇，即可得到粗制的(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物。
进一步的，所使用的生物酶可回收加以重复使用。
本发明提供的制备方法反应条件温和，收率＞92％，ee值＞99％，并且后处理简单，原子利用度比较高，符合绿色化学的要求。应用该方法可以大大降低成本，来满足社会对(S)-3-取代戊二酸单烷基酯类化合物的需求。
具体实施方式
以下具体实例来说明本发明的技术方案，但保护的范围并不仅限于此。
本专利所涉及到的生物酶全部购于天野酶制品公司(Amano Enzyme Inc.)，其中Lipase from Thermomyces lanuginosus固定化后称为：Lipozyme TLIM，Lipase B from Candida antarctica固定化后称为：Novozym 435，Lipase fromCandida Rugosa简称CRL。其余反应物及试剂均为市场购买所得。
实施例1
将装有温度计，干燥管，和磁力搅拌的50ml的三口或者两口烧瓶内，加入3-叔丁基二甲硅醚戊二酸5.25g，乙醇10g，生物酶CRL0.03g，加入完毕，将温度固定在35℃，磁力搅拌，反应24小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，反应完毕后，后处理，去除有机溶剂和未反应的乙醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁基二甲硅醚戊二酸单乙酯。
(S)-3-叔丁基二甲硅醚戊二酸单乙酯，收率54％，纯度＞97％，ee值96％。
实施例2
将3-叔丁基二甲硅醚戊二酸5.25g，正丙醇8g，生物酶0.025g加入到反应器中，加入完毕，将温度固定在37℃，磁力搅拌，反应48小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，使用的酶为CRL。
其他操作如同实施例1，纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁基二甲硅醚戊二酸单正丙酯。
(S)-3-叔丁基二甲硅醚戊二酸单正丙酯，收率97％，纯度＞98％，ee值＞99％。
实施例3
将3-叔丁基二甲硅醚戊二酸5.25g，异丙醇15g，生物酶0.25g加入到50ml的锥形瓶中，所使用的酶为Lipase B from Candida antarctica。加入完毕，将锥形瓶放在摇床里。固定温度在35℃，转速200r/分。反应10小时，然后加入0.5g生物酶，继续反应14小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测。
反应完毕，后处理，去除有机溶剂和未反应的异丙醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁基二甲硅醚戊二酸单异丙酯。
(S)-3-叔丁基二甲硅醚戊二酸单异丙酯，收率93％，纯度98％，ee值99％。
实施例4
将3-叔丁基二甲硅醚戊二酸5.25g，叔丁醇7g，生物酶0.13g加入到50ml的锥形瓶中，所使用的酶为Lipase AS“Amano”。加入完毕，将锥形瓶放在摇床里。固定温度在45℃，反应15小时，然后加入0.3g生物酶，继续反应15小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测。
其他操作如同实施例3纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁基二甲硅醚戊二酸单叔丁酯。
(S)-3-叔丁基二甲硅醚戊二酸单叔丁酯，收率83％，纯度99％，ee值99％。
实施例5
将3-叔丁基醚戊二酸4.1g，叔丁醇7g，生物酶0.03g加入到50ml的锥形瓶中，所使用的酶为Lipase AK“Amano”。加入完毕，将锥形瓶放在摇床里。固定温度在45℃，转速200r/分，反应25小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测。
其他操作如同实施例3纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁基醚戊二酸单叔丁酯。
(S)-3-叔丁基醚戊二酸单叔丁酯，收率65％，纯度＞97％，ee值＞95％。
实施例6
将3-叔丁基醚戊二酸4.1g，正丙醇11g，生物酶0.1g加入到50ml的锥形瓶中，所使用的酶为Lipase AK“Amano”。
加入完毕，将锥形瓶放在摇床里。固定温度在45℃，转速200r/分，反应25小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测。
其他操作如同实施例3纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁醚戊二酸单正丙酯。
(S)-3-叔丁醚戊二酸单正丙酯，收率92％，纯度98％，ee值99％。
实施例7
将3-叔丁基醚戊二酸4.1g，叔丁醇15g，生物酶0.25g加入到50ml的锥形瓶中，所使用的酶为CRL。
加入完毕，将锥形瓶放在摇床里。固定温度在45℃，反应48小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测。
其他操作如同实施例3纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁醚戊二酸单叔丁酯。
(S)-3-叔丁醚戊二酸单叔丁酯，收率72％，纯度＞98％，ee值＞97％。
实施例8
将3-叔丁基醚戊二酸4.1g，叔丁醇15g，生物酶0.15g加入到50ml的锥形瓶中，所使用的酶为Lipase AYS“Amano”。加入完毕，将锥形瓶放在摇床里。固定温度在45℃，反应36小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测。
其他操作如同实施例3纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁醚戊二酸单叔丁酯。
(S)-3-叔丁醚戊二酸单叔丁酯，收率70％，纯度＞98％，ee值＞94％。
实施例9
将3-羟基醚戊二酸3.0g，异丙醇10g，生物酶0.08g加入到50ml的锥形瓶中，加入完毕，所使用的酶为Novozyme 435。将锥形瓶放在摇床里。固定温度在37℃，转速200r/分，反应48小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测。
其他操作如同实施例3纯化处理得到无色晶体(S)-3-羟基戊二酸单异丙酯。
(S)-3-羟基戊二酸单异丙酯，收率79％，纯度98％，ee值97％。
实施例10
将3-甲基醚戊二酸3.64g，乙醇10g，生物酶0.4g加入到反应器中，使用的酶为Lipase PS“Amano”SD。加入完毕，将温度固定在40℃，转速200r/分，反应36小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测。
其他操作如同实施例1，纯化处理得到无色晶体(S)-3-甲基醚戊二酸单乙酯。
(S)-3-甲基醚戊二酸单乙酯，收率90％，纯度＞98％，ee值＞96％。
实施例11
将3-异丙基戊二酸3.5g，正丙醇11g，生物酶0.8g加入到反应器中，使用的酶为Lipase B from Candida antarctica。加入完毕，将温度固定在40℃，转速200r/分，反应20小时后再加入0.5g生物酶(Lipase B from Candida antarctica)，继续反应16小时。期间TLC小板监测或液相色谱监测。
其他操作如同实施例3，纯化处理得到无色晶体(S)-3-异丙基戊二酸单正丙酯。
(S)-3-异丙基戊二酸单正丙酯，收率79％，纯度＞98％，ee值＞98％。
实施例12
将3-异丙基戊二酸3.5g，正丙醇11g，生物酶0.2g加入到反应器中，使用的酶为Lipase from Thermomyces lanuginosus。加入完毕，将温度固定在30℃，转速140r/分，反应15小时后再加入0.6g生物酶(Lipase from Thermomyceslanuginosus)，继续反应15小时。期间TLC小板监测或液相色谱监测。
其他操作如同实施例3，纯化处理得到无色晶体(S)-3-异丙基戊二酸单正丙酯。
(S)-3-异丙基戊二酸单正丙酯，收率90％，纯度＞98％，ee值＞99％。
Claims (12)
1.一种酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，其特征在于，将装有温度计，干燥管，和磁力搅拌的50ml的三口或者两口烧瓶内，加入3-叔丁基二甲硅醚戊二酸5.25g，乙醇10g，生物酶CRL0.03g，加入完毕，将温度固定在35℃，磁力搅拌，反应24小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，反应完毕后，后处理，去除有机溶剂和未反应的乙醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁基二甲硅醚戊二酸单乙酯。
2.一种酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，其特征在于，将3-叔丁基二甲硅醚戊二酸5.25g，正丙醇8g，生物酶0.025g加入到反应器中，加入完毕，将温度固定在37℃，磁力搅拌，反应48小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，使用的酶为CRL，反应完毕后，后处理，去除有机溶剂和未反应的正丙醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁基二甲硅醚戊二酸单正丙酯。
3.一种酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，其特征在于，将3-叔丁基二甲硅醚戊二酸5.25g，异丙醇15g，生物酶0.25g加入到50ml的锥形瓶中，所使用的酶为Lipase B from Candida antarctica，加入完毕，将锥形瓶放在摇床里，固定温度在35℃，转速200r/分，反应10小时，然后加入0.5g生物酶，继续反应14小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，反应完毕，后处理，去除有机溶剂和未反应的异丙醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁基二甲硅醚戊二酸单异丙酯。
4.一种酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，其特征在于，将3-叔丁基二甲硅醚戊二酸5.25g，叔丁醇7g，生物酶0.13g加入到50ml的锥形瓶中，所使用的酶为Lipase AS“Amano”，加入完毕，将锥形瓶放在摇床里，固定温度在45℃，转速200r/分，反应15小时，然后加入0.3g生物酶，继续反应15小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，反应完毕，后处理，去除有机溶剂和未反应的叔丁醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁基二甲硅醚戊二酸单叔丁酯。
5.一种酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，其特征在于，将3-叔丁基醚戊二酸4.1g，叔丁醇7g，生物酶0.03g加入到50ml的锥形瓶中，所使用的酶为Lipase AK“Amano”，加入完毕，将锥形瓶放在摇床里，固定温度在45℃，转速200r/分，反应25小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，反应完毕，后处理，去除有机溶剂和未反应的叔丁醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁基醚戊二酸单叔丁酯。
6.一种酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，其特征在于，将3-叔丁基醚戊二酸4.1g，正丙醇11g，生物酶0.1g加入到50ml的锥形瓶中，所使用的酶为Lipase AK“Amano”，加入完毕，将锥形瓶放在摇床里，固定温度在45℃，转速200r/分，反应25小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，反应完毕，后处理，去除有机溶剂和未反应的正丙醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁醚戊二酸单正丙酯。
7.根据权利要求5所述的酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，其特征在于，将3-叔丁基醚戊二酸4.1g，叔丁醇15g，生物酶0.25g加入到50ml的锥形瓶中，所使用的酶为CRL，加入完毕，将锥形瓶放在摇床里，固定温度在45℃，转速200r/分，反应48小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，反应完毕，后处理，去除有机溶剂和未反应的叔丁醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁基醚戊二酸单叔丁酯。
8.根据权利要求5所述的酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，其特征在于，将3-叔丁基醚戊二酸4.1g，叔丁醇15g，生物酶0.15g加入到50ml的锥形瓶中，所使用的酶为Lipase AYS“Amano”，加入完毕，将锥形瓶放在摇床里，固定温度在45℃，转速200r/分，反应36小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，反应完毕，后处理，去除有机溶剂和未反应的叔丁醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-叔丁基醚戊二酸单叔丁酯。
9.一种酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，其特征在于，将3-羟基醚戊二酸3.0g，异丙醇10g，生物酶0.08g加入到50ml的锥形瓶中，加入完毕，所使用的酶为Novozyme 435，将锥形瓶放在摇床里，固定温度在37℃，转速200r/分，反应48小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，反应完毕，后处理，去除有机溶剂和未反应的异丙醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-羟基戊二酸单异丙酯。
10.一种酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，其特征在于，将3-甲基醚戊二酸3.64g，乙醇10g，生物酶0.4g加入到反应器中，使用的酶为Lipase PS“Amano”SD，加入完毕，将温度固定在40℃，转速200r/分，反应36小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，反应完毕，后处理，去除有机溶剂和未反应的乙醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-甲基醚戊二酸单乙酯。
11.一种酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法根据权利要求3所述的酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，其特征在于，将3-异丙基戊二酸3.5g，正丙醇11g，生物酶0.8g加入到反应器中，使用的酶为LipaseB from Candida antarctica，加入完毕，将温度固定在40℃，转速200r/分，反应20小时后再加入0.5g生物酶Lipase B from Candida antarctica，继续反应16小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，反应完毕，后处理，去除有机溶剂和未反应的正丙醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-异丙基戊二酸单正丙酯。
12.根据权利要求11所述的酶催化制备(S)-3-取代戊二酸单酯类化合物的方法，其特征在于，将3-异丙基戊二酸3.5g，正丙醇11g，生物酶0.2g加入到反应器中，使用的酶为Lipase from Thermomyces lanuginosus，加入完毕，将温度固定在30℃，转速140r/分，反应15小时后再加入0.6g生物酶Lipase fromThermomyces lanuginosus，继续反应15小时，期间TLC小板监测或液相色谱监测，反应完毕，后处理，去除有机溶剂和未反应的正丙醇，纯化处理得到无色晶体(S)-3-异丙基戊二酸单正丙酯。
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